浅谈造气系统开、停车煤棒制惰

向宏

(湖北新洋丰合成氨厂湖北荆门448150)

0 前言

惰性气体置换是合成氨装置开、停车过程中最常用、最重要的置换方法之一。能否成功置换，直接关系到人员、设备、生产、检修的安全及生产装置消耗，因而造气操作工需熟练掌握制惰方法。本文论述合成氨装置惰性气体置换的重要性，并对以煤棒为原料的三步制惰、五步制惰方法及其优缺点进行探讨。

1 惰性气体置换的重要性

惰性气体是合成氨装置开、停车时，造气、脱硫、压缩、变换等系统所必用的置换气体。因为在合成氨生产中，半水煤气都必须经过4个系统的设备、管道，在开车过程中，其设备、管道中充满空气；停车过程中，其设备、管道中充满半水煤气。半水煤气的爆炸极限(含可燃气体)是6.9%～70.5%(体积分数，下同)，当半水煤气中氧体积分数≥1.0%时就有可能发生爆炸，因而半水煤气中氧体积分数必须严格控制在<0.5%。而空气中氧体积分数约21.0%，若开车时4个系统设备、管道内的空气未经置换合格就直接通入半水煤气，或停车时设备、管道中半水煤气未经置换合格就直接开启阀门通入空气，必然导致爆炸事故的发生，其后果不堪设想。

合成氨装置置换所用的惰性气体是造气系统所生产的、符合装置设备和管道置换需要的吹风气，惰性气体成分(体积分数)见表1。

表1惰性气体成分(体积分数)

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由表1可知，惰性气体中主要成分是不易与氧气发生化学反应的CO2和N2，而化学性质较活泼的CO(爆炸极限12.0%～74.5%)和H2(爆炸极限4.0%～75.6%)的体积分数均低于其爆炸极限，因此，可用惰性气体对设备、管道中的空气或半水煤气进行彻底置换，以保障装置开、停车及停车后检修的绝对安全。

2 设备配置及工艺设置

2.1设备配置

在煤气总管距气柜进口水封上部约1 m处安装1只放空蝶阀，用于造气炉提温阶段不合格惰性气体放空，并对煤气总管进行彻底置换；若是大、中型合成氨装置，经常用于制惰的单元(一般用离气柜最远的造气系统造气炉作为制惰单元)洗涤塔水封上部应安装气体分析取样点，便于随时分析和掌握制得的惰性气体成分变化情况，一旦制惰气体合格后可及时送往后系统，加快全装置惰性气体的置换进程；造气系统制惰单元在下行煤气管上安装放空管及控制阀门，阀门规格可略小于下行煤气阀，并与下吹蒸汽阀和下行煤气阀共用1只电磁换向阀，用于下吹阶段煤气放空；可采用人工手动加煤、手动下灰造气炉，亦可以采用自动加焦、自动下灰造气炉。

2.2工艺设置

未采用DCS中控系统的造气系统，可在造气微机中临时输入制惰程序；采用DCS中控系统的造气系统，计算机中已经预设制惰程序，制惰时直接将计算机显示屏上“制惰、制气”窗口切换为“制惰”即可。三步制惰法采用二次上吹、吹净、吹风3个阶段制取惰性气体；五步制惰法采用二次上吹、吹净、吹风、上吹、下吹5个阶段制取惰性气体。制惰时，可根据需要在计算机中输入相应程序，或者直接更改DCS中控系统计算机上的制惰循环时间设置工艺参数即可(三步制惰法将上吹时间和下吹时间设为0 s)；造气炉提温合格之后，每个制气循环自动将吹风气回收至气柜。Φ2 650 mm造气炉使用烘干煤棒为原料、采用三步制惰法和五步制惰法制惰时的循环时间设置如表2所示。

表2制惰循环时间设置

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3 制惰操作

3.1制惰提温方法

为了保证能够在短时间内制得合格的惰性气体，制惰前应先采用制惰提温方法为造气炉提温。因造气炉炉况不同，开车制惰和停车制惰所采用的提温方法亦有所不同。

(1)开车制惰。开启风机、油泵，开启各造气炉空气加氮阀，提温；当上行煤气温度达400 ℃左右时，启用自动加焦补料程序(使用储煤仓中的煤)或者采用电动葫芦手动加煤(使用备煤)，直至造气炉炉内炭层和空程高度合格；上行煤气温度达到350～380 ℃时，关闭空气加氮阀，停止提温；通知型煤车间和锅炉车间分别为造气炉供应煤棒以及蒸汽。手动加煤时，需启动电动葫芦吊煤棒备用，并将入炉空气和造气压力调节至适宜范围(以Φ2 650 mm造气炉为例，三步制惰法和五步制惰法有关参数比较见表3)；造气微机或者中控DCS系统计算机按表2输入参数(根据各企业实际情况或者习惯选用三步制惰法或者五步制惰法)后，将造气微机或中控DCS系统计算机的制气/制惰开关切换至“制惰”程序，开始制惰造气炉提温操作。

(2)停车制惰。将造气炉直接由制气程序转为制惰程序即可。

3.2制惰提温操作

按表2制惰循环时间设置工艺参数对造气炉进行全放空制惰、提温操作。采用三步制惰法时，二次上吹、吹净、吹风阶段所生成气体全部自烟囱放空；采用五步制惰法时，除下吹阶段生成的气体从下行放空阀放空外，其他4个阶段生成气体自烟囱放空。当制惰单元造气炉炭层高度、炉温正常后,再合上造气微机的“加氮”按钮，或者点击中控系统计算机“压回收”窗口，开始向煤气总管送吹风气。停车制惰时，送1台造气炉吹风气的同时打开气柜进口煤气总管放空阀，将其他制惰单元炉的吹风气送至气柜(先送1台造气炉的吹风气至煤气总管进行置换。如果同时送多台造气炉的吹风气，由于未完全开启气柜进口放空阀而容易导致气柜憋压，因此需开启放空阀后再将其他造气炉的吹风气送至气柜)，让不合格的惰性气体从气柜进口水封上部的蝶阀处放空。

表3三步制惰法和五步制惰法有关参数比较

项 目三步制惰法五步制惰法加煤、下灰方式全手动全自动入炉空气压力/kPa23～2525～28入炉蒸汽压力/MPa0.035～0.0400.035～0.040加煤间隔时间/min302每次加煤量/kg1500～155080～85炉内空程/m1.30～1.601.25～1.30下灰间隔时间/min6010灰渣状况疤多块大、残碳高正常灰渣、残碳低炉条机转速/(r·min-1)500～550400～450上行煤气温度/℃450～650300～320下行煤气温度/℃约100190～200

3.3制备惰性气体

每15 min分析1次样气(取自制惰单元洗涤塔水封上部取样点)。分析合格后，立即排空气柜进口水封内水，同时关闭气柜进口水封处煤气总管放空蝶阀，将惰性气体送入气柜，造气系统进行制惰操作，直至后系统及本系统全部置换合格后，停止制惰操作。

4 制惰法效果比较

三步制惰法的主要特点：造气炉炉面(最上炭层)温度高，所以能在较短时间内制得合格的惰性气体，故适合于生产规模较小的装置。但因其造气炉炉面温度高，故上行气体温度(约600 ℃)偏高，在手动加煤时炉口易爆鸣，易造成操作人员烧、烫伤，烧坏上行煤气管保温层、上行煤气测温热电偶信号线，甚至造成上行煤气阀和煤气总阀处起火，威胁安全生产；制惰时间过长，易导致造气炉炉况波动，无法满足大、中型合成氨装置长时间大用量惰性气体置换的需求；灰渣中残碳量过高，造成煤棒浪费。目前，采用三步制惰法的企业呈减少趋势。

五步制惰法的主要优点：无需重新设置造气循环步骤和时间，可利用原来的制气工艺；制惰时，只需将“制气、制惰”窗口切换为“制惰”即可进行制惰操作；可长时间保持制惰造气炉炉况的稳定，满足造气、脱硫、压缩、变换等系统较长时间、较大用量的惰性气体置换的需要；较低的上行煤气和吹风气温度为设备和操作人员的安全提供了切实的安全保障。故五步制惰法适合大、中型合成氨企业，尤其是采用DCS中控系统、自动加焦和自动下灰工艺的生产装置的制惰需求。

5 制惰过程中的注意事项

(1)制惰前，尤其是停车检修后开车制惰时，造气炉点火、提温后炉内炭层温度必须合格；炉温过低时，不宜仓促启动制惰操作程序，防止惰性气体中氧含量偏高影响全装置置换安全和置换进度。

(2)制惰过程中，尤其是采用手动加煤和手动下灰的造气炉，若出现结疤、穿洞、炭层吹翻、塌方下生棒等不良现象时，应及时处理，最好停止炉况不佳的造气炉，而换用其他炉况较好的造气炉继续制惰。

(3)开车制惰时，因蒸汽管网预热时部分蒸汽从导淋放空，锅炉初送蒸汽时的蒸汽品位低，部分蒸汽冷凝成水从疏水阀排掉；同时，造气炉内炭层温度低，蒸汽分解率较低，所以开车制惰初期蒸汽消耗较大。若减压后蒸汽压力过低，应及时调整蒸汽压力，确保入炉蒸汽能够满足生产需要，必要时减少制惰单元炉运行台数，避免炉况恶化。

(4)在满足后序系统惰性气体置换的同时，造气系统应将其他单元煤气系统进行惰性气体置换，操作时只需手动开启不进行制惰操作的造气炉两端的煤气总阀和安全阀(共用1只电磁换向阀)，使惰性气体从煤气总管倒流至不进行制惰操作的造气炉两端的旋风除尘器，从烟囱放空约5 min即可，但不可多单元炉系统同时进行置换，防止惰性气体气量不足。

(5)为保障造气系统生产安全，需待脱硫、压缩、变换等系统惰性气体置换均合格后，再对尚未投入运行的单元炉煤气系统进行惰性气体置换，制惰结束后生产煤气时还要进行煤气置换。

(6)停车时，各单元煤气系统惰性气体置换合格后还要进行空气置换，以确保生产和检修的安全。

(收到修改稿日期2014- 10- 21)

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